Study of operation above half-integer random resonance in the J-PARC RCS

小島 邦洸 ; 原田 寛之  ; 岡部 晃大  ; 地村 幹   ; Saha, P. K.   

Kojima, Kunihiro; Harada, Hiroyuki; Okabe, Kota; Chimura, Motoki; Saha, P. K.

3GeVシンクロトロン(Rapid cycling synchrotron: RCS)では、僅かな割合のビーム損失でも深刻な装置の放射化をもたらし、ビーム出力を制限する。陽子シンクロトロンにおける主要なビーム損失原因の一つとして共鳴現象がある。加速器中のビームは進行方向に垂直な方向に振動しており、その振動数と収束場の周期が一定の条件(共鳴条件)を満たせば、粒子の振幅は増大しビームパイプに衝突して損失する。そのため、振動数が共鳴条件に抵触しないよう、ビームの収束力を慎重に制御する必要がある。一方で、ビームの大強度化に伴い共鳴条件に抵触しない振動数の範囲は狭まり、共鳴の回避が困難となる。この共鳴は電磁石の設置誤差などの原因で、ビームに意図せず歪四極場が印加されることで発生する。その歪四極場を補正用磁場の重ね合わせにより打ち消す(補正)ことで、線形和共鳴によるビーム損失を防ぐことができる。線形和共鳴の補正には一般に歪四極電磁石が用いられるが、これはRCSには備わっていない。そこで、アーク部にバンプ軌道を形成する特殊な手法により同共鳴の補正を行った。この手法により、RCSのビーム損失が低減し高度化が可能となる。

In the 3-GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex, the beam power ramp-up aiming to surpass the design of 1 MW enhances the space charge effect and pushes the beam toward the structure resonance. To mitigate the beam loss, the operating point is required to be apart from the structure resonance corresponding to the beam power ramp-up, although any changes in the operating point lead to an increase in the beam loss due to the approach to other resonances. We recently compensated the horizontal half-integer resonance located just above the current operating point to address this issue, and we are now ready to explore a higher tune region than that. We confirmed in a tune survey that the vertical half-integer and linear sum resonances are substantially excited. In addition, the linear sum resonance is found to be well compensated by making a vertical local bump in the arc section.